1. La résistance est 100 fois supérieure à celle de l'acier, la densité seulement 1/6 - Roi mécanique
Les nanotubes de carbone sont l’un des matériaux aux meilleures performances mécaniques jamais découverts par l’humanité. La résistance à la traction est 100 fois supérieure à celle de l'acier, tandis que le poids n'est que 1/6 de celui de l'acier - véritablement « léger mais solide ».
Les nanotubes de carbone sont surnommés le « roi des nouveaux matériaux » et leurs propriétés mécaniques constituent « l’atout » le plus impressionnant.
Selon les calculs théoriques, la résistance des nanotubes de carbone est 100 fois supérieure à celle de l'acier, le module d'Young est près de 6 fois celui de l'acier et la densité n'est que 1/6 de celle de l'acier. Une comparaison citée dans les documents compilés de l'Académie chinoise des sciences est encore plus intuitive : par rapport à l'acier à haute résistance -ASTM A228, la résistance des nanotubes de carbone est 270 fois supérieure et l'élasticité est environ 5 fois supérieure.
| Indicateur de performance | Nanotubes de carbone | Acier |
|---|---|---|
| Résistance à la traction | 50-200 GPa | 0,4-1,5 GPa |
| Densité | 1,3-1,6 g/cm³ | 7,9 g/cm³ |
| Rapport force-/-poids | 100 fois celui de l'acier | Référence |
Plus remarquable encore, les nanotubes de carbone sont « durs mais pas cassants ». Lorsqu’ils sont soumis à une énorme pression externe, les nanotubes de carbone peuvent se plier, s’enrouler ou même se tordre, mais ils ne se cassent pas. Lorsque la force extérieure est relâchée, ils reprennent leur forme initiale. Cette combinaison « fort + résistant » est extrêmement rare dans les matériaux d'ingénierie.
C'est également pourquoi les scientifiques envisagent d'utiliser des nanotubes de carbone pour construire un « ascenseur spatial ». - c'est le seul matériau actuellement connu qui pourrait potentiellement parcourir une distance de 380 000 kilomètres sans être brisé par son propre poids.
2. La conductivité vient juste derrière les supraconducteurs - Electrical King
La conductivité électrique des nanotubes de carbone est théoriquement juste derrière celle des supraconducteurs. Leur capacité de transport de courant-est 1 000 fois supérieure à celle du cuivre, et ils constituent le seul matériau pouvant servir à la fois de métal et de semi-conducteur.
L'« aura royale » des nanotubes de carbone réside non seulement dans leur « résistance », mais aussi dans leur « transmission rapide ».
Dans les nanotubes de carbone, les atomes de carbone sont disposés selon une structure hexagonale régulière en nid d’abeille. Sous cette structure, l’effet de conjugaison est significatif, permettant aux électrons de se libérer des atomes de carbone individuels et de se déplacer librement sur une plus grande plage. Théoriquement, la conductivité électrique des nanotubes de carbone est juste derrière celle des supraconducteurs.
Pour le dire en termes de données : la capacité de charge actuelle-des nanotubes de carbone est 1 000 fois supérieure à celle du fil de cuivre.
Plus important encore, selon « l'angle de roulement » (chiralité), les nanotubes de carbone peuvent être métalliques ou semi-conducteurs - et même différentes parties d'un même tube peuvent présenter une conductivité différente. Ils peuvent servir à la fois de fils et de puces, ce qui rend leur potentiel d'application dans le domaine électronique sans précédent.
La recherche montre que les processeurs à nanotubes de carbone fonctionnent 2 fois plus vite que les processeurs au silicium, tout en consommant seulement 1/3 de l'énergie. Une fois que les nanotubes de carbone auront complètement remplacé le silicium, la « Silicon Valley » devra peut-être véritablement changer de nom.
3. La conductivité thermique est 3-6 fois celle du diamant - Thermal King
Les nanotubes de carbone sont l'un des meilleurs matériaux thermiquement conducteurs connus à ce jour, avec une conductivité thermique théorique environ 3 à 6 fois supérieure à celle du diamant.
La conductivité thermique est un indicateur clé pour déterminer si un matériau peut être utilisé dans des appareils électroniques-haute puissance et pour la gestion thermique des engins spatiaux.
Le diamant a longtemps été considéré comme le meilleur conducteur thermique naturel, mais les nanotubes de carbone battent ce record. Théoriquement, la conductivité thermique des nanotubes de carbone est environ 3-6 fois celle du diamant. Un nanotube de carbone à paroi unique à température ambiante peut atteindre une conductivité thermique allant jusqu'à 3 500 W·m⁻¹·K⁻¹, surpassant ainsi le diamant.
Les nanotubes de carbone peuvent rapidement conduire la chaleur sur toute leur longueur. Cette caractéristique de « conduction thermique directionnelle » en fait des matériaux idéaux pour la dissipation thermique des puces et la protection thermique des engins spatiaux.
4. Résistant aux acides et aux alcalis, résistant à l'oxydation, peut absorber les ondes - Roi chimique et fonctionnel
Les nanotubes de carbone ont une excellente stabilité chimique, résistant aux acides, aux alcalis et à l'oxydation. Ils peuvent également absorber efficacement les micro-ondes, se distinguant dans les matériaux furtifs, le blindage électromagnétique et d’autres domaines.
L'« aura royale » des nanotubes de carbone ne se limite pas à la mécanique, à l'électricité et à la chaleur -, ils sont également très « durables ».
Les nanotubes de carbone sont chimiquement stables et résistent aux acides et aux alcalis. L'ajout de nanotubes de carbone aux composites polymères peut améliorer la résistance aux acides et à l'oxydation des matériaux eux-mêmes, les rendant ainsi adaptés aux environnements exigeants tels que l'aérospatiale, l'aviation, la défense nationale et les applications militaires.
Il existe également une fonction unique « atout » - absorption des ondes. En raison de leur structure particulière et de leurs propriétés diélectriques, les nanotubes de carbone présentent de fortes performances d'absorption des micro-ondes à large bande, qui peuvent être utilisées dans les matériaux furtifs, les matériaux de blindage électromagnétique et les matériaux absorbant les chambres anéchoïques. Cela signifie que les futurs avions de combat furtifs et les équipements de protection électromagnétique pourraient s’appuyer sur ce matériau « or noir ».
5. Couvre déjà l'aérospatiale → l'automobile → les articles de sport - Application King
Les applications des nanotubes de carbone sont déjà passées de la « science-fiction » à la réalité, couvrant des marchés de plusieurs milliards de milliards de yuans tels que l'aérospatiale, l'automobile, l'énergie et les articles de sport, et s'orientent vers une échelle industrielle de cent-milliards de yuans-.
Le « Roi des nouveaux matériaux » ne « règne » pas seulement en laboratoire. Le paysage des applications des nanotubes de carbone se développe rapidement.
Aérospatial:Des composites nanotubes de carbone/matrice d'aluminium ont déjà été utilisés dans les sections inter-étages de la fusée Longue Marche 12, permettant d'obtenir un matériau léger et très résistant - véritablement un matériau qui a « été dans l'espace ».
Industrie automobile :Des composites polymères renforcés de nanotubes de carbone-ont été utilisés dans les systèmes d'échappement et les composants de carrosserie. Une réduction de 25 % du poids des véhicules pourrait réduire la consommation de pétrole brut jusqu'à 250 millions de barils par an.
Articles de sport :Les nanotubes de carbone sont entrés dans les-équipements sportifs haut de gamme tels que les raquettes de tennis, les cadres de vélo et les clubs de golf - plus légers, plus solides et plus durables.
Piles énergie/lithium :En tant qu'additif conducteur, les nanotubes de carbone ont été largement utilisés dans l'industrie des batteries au lithium, avec une demande croissante à un taux de croissance annuel composé de 40,8 %.
Des fusées aux raquettes, des batteries aux avions de combat furtifs, les nanotubes de carbone se transforment d'un « miracle de laboratoire » en une « vitamine industrielle ».
Shandong Tanfeng New Material : le promoteur industriel du « roi des nouveaux matériaux » chinois
Shandong Tanfeng New Material Technology Co., Ltd. promeut la localisation des nanotubes de carbone, avec une production mensuelle de 200 tonnes, couvrant la gamme complète de tubes à paroi simple/multi-, et positionnés stratégiquement dans sept directions principales, notamment les véhicules à énergies nouvelles, l'aérospatiale et le transport ferroviaire.
Les nanotubes de carbone sont appelés le « roi des nouveaux matériaux », mais un « roi » a aussi besoin que quelqu'un les « invite » du laboratoire à la chaîne de production.
Shandong Tanfeng New Material Technology Co., Ltd. est exactement une telle entreprise. La société détient plus de dix brevets actifs liés aux nanotubes de carbone et aux matériaux d'anode en silicium-carbone. Ses produits couvrent la gamme complète de nanotubes de carbone à paroi unique, de nanotubes de carbone à parois multiples, de pâtes conductrices et de matériaux d'anode en carbone au silicium.
Les produits de la série TF-400 de la société ont été appliqués dans des matériaux renforcés modifiés à haute-conductivité et à haute-conductivité thermique, avec une excellente résistance à la chaleur et à la corrosion. Tanfeng New Material pousse le « roi des nouveaux matériaux » vers un champ de bataille industriel plus large grâce à la puissance de la fabrication chinoise.
Résumé en une-phrase :Les nanotubes de carbone sont appelés le « roi des nouveaux matériaux », non pas parce qu'ils excellent dans une propriété particulière, mais parce qu'ils possèdent simultanément cinq « atouts » : le plus résistant, le plus conducteur, le meilleur transfert de chaleur, le plus stable et l'application la plus large.
De la découverte des nanotubes de carbone par le scientifique japonais Sumio Iijima en 1991, à leur utilisation pour réduire le poids de la fusée Longue Marche 12, en passant par la production mensuelle de 200 tonnes de Shandong Tanfeng New Material favorisant la localisation, - les nanotubes de carbone quittent le trône du « roi des matériaux » et entrent dans tous les domaines industriels qui doivent être « plus solides, plus légers et plus rapides ». C'est la véritable raison pour laquelle ils méritent le titre de « Roi ».